R位p型摻雜對RBaCo4O7陶瓷熱電性能的影響.pdf

1、熱電材料是一種能將熱能和電能直接相互轉化的功能材料，在能源利用和環(huán)境保護方面的特殊功能，使之成為材料研究領域的熱點。鈷基氧化物在氧化物熱電材料中表現(xiàn)出了較好的熱電性能，并具有無毒、無污染、高溫下性能穩(wěn)定等優(yōu)點，近年來，引起了廣大研究者的密切關注。RBaCo4O7陶瓷材料是一類新型鈷基氧化物材料，屬于p型半導體材料，具有復雜的晶格結構，較高的塞貝克系數(shù)和相對較低的熱導率，在高溫下表現(xiàn)出了較好的熱電性能。以往的諸多研究表明，利用導電性能良好

2、的金屬元素摻雜往往可以提高熱電材料的性能。因此，我們希望通過RBaCo4O7陶瓷材料的R位上摻雜金屬元素來提高材料的熱電性能。
　　本實驗采用傳統(tǒng)的物理固相法合成樣品，對所制備樣品進行了X射線衍射分析其相結構，同時分析了溫度和各摻雜元素的含量對材料的電阻率、Seebeck系數(shù)、功率因子、熱導率以及ZT值的影響。
　　本實驗首先采用原材料相對廉價的YBaCo4O7陶瓷材料的摻雜研究做探究性試驗，所選取的摻雜的元素為Ag、 Pb

3、、Sr、Tl、Zn、Cu等。研究結果發(fā)現(xiàn)，元素在較高比例摻雜時由于出現(xiàn)較多的雜質(zhì)相，往往引起較高的電阻率，因此本實驗的摻雜比例控制在0.1左右。從總體上來看，所選取的元素摻雜都明顯地降低了材料的電阻率，從而優(yōu)化了材料的熱電性能。由于摻雜元素離子半徑、導電性以及原子質(zhì)量的不同，不同元素對材料熱電性能的影響效果不同。在所選取的摻雜元素中，Ag和Pb摻雜對YBaCo4O7陶瓷材料的熱電性能的優(yōu)化最為明顯。其中Ag元素的最佳摻雜濃度為0.15，

4、Y0.85Ag0.15BaCo4O7樣品在溫度為973K時功率因子達到最大值81μWm-1 K-2，比未摻雜的樣品提高72.7％，ZT值達到0.125。
　　用探究實驗中選出的最佳摻雜元素Ag和Pb元素用于YbBaCo4O7陶瓷材料的摻雜研究。結果表明，Pb元素摻雜對YbBaCo4O7材料熱電性能的優(yōu)化較為明顯，Yb0.92Pb0.08BaCo4O7樣品在溫度為973K，其功率因子達到84μW m-1 K-2，比未摻雜樣品提高55

5、％, ZT值達到0.12，比未摻雜樣品提高69.5％。
　　最后用摻雜效果明顯的Ag和Pb元素用于LuBaCo4O7陶瓷材料摻雜研究。結果表明，Pb元素摻雜對LuBaCo4O7材料熱電性能的優(yōu)化較為明顯，Lu0.92Pb0.08BaCo4O7樣品在溫度為973K，其功率因子達到85μW m-1 K-2，比未摻雜樣品提高22.3％，ZT值達到0.18。
　　綜合實驗結果表明:R位空穴摻雜明顯降低了RBaCo4O7陶瓷材料的電阻